DE251866C

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Publication number: DE251866C
Application number: DENDAT251866D
Authority: DE
Priority date: 1911-07-27
Publication date: 1900-01-01
Also published as: GB191216949A; FR16280E; FR432698A; DE264324C; GB191208527A; FR15164E; DE258124C; GB191216809A

Description

KAISERLICHESIMPERIAL

PATENTAMT.PATENT OFFICE.

PATENTSCHRIFTPATENT LETTERING

KLASSE 47δ. GRUPPECLASS 47δ. GROUP

SOCIETE ANONYME POUR SEXPLOITATION DES PROCEDES WESTINGHOUSE-LEBLANCSOCIETE ANONYME POUR SEXPLOITATION DES PROCEDES WESTINGHOUSE-LEBLANC

in PARIS.in Paris.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 4. August 1911 ab.Patented in the German Empire on August 4, 1911.

Wenn eine Räderwelle sich sehr schnell drehenWhen a wheel shaft turns very quickly

soll, so muß ihre geometrische Achse möglichst mit einer der durch den Schwerpunkt der sich drehenden Massen gehenden Hauptträgheitsachsen derselben zusammenfallen.should, its geometrical axis must be as close as possible to one of the center of gravity of the rotating masses going main axes of inertia of the same coincide.

Hierzu befestigt man auf den beiden Enden der Welle zusätzliche Massen, und zwar an Punkten, die mit großer Genauigkeit bestimmt werden müssen.For this purpose, additional masses are attached to the two ends of the shaft, namely to Points that must be determined with great accuracy.

ίο Diese Bestimmung ist um so schwieriger, je schneller die Welle sich drehen muß, und wird unmöglich, wenn die bewegten Massen sich unter dem Einfluß des bei der Drehung entwickelten Beharrungsvermögens gestaltlich verändern.ίο This determination is all the more difficult the faster the shaft has to turn, and becomes impossible when the moving masses under the influence of the persistence developed during rotation change.

Jeder der im folgenden beschriebenen selbsttätigen Ausgleicher besitzt eine zusätzliche Masse, deren Stellung er während des Ganges der Maschine in jedem Augenblick ändern kann. Die Vorrichtungen regeln natürlich ihre Wirkung in der Weise, daß sie die Gesamtheit der Massen, welche sich um die geometrische Achse der sie tragenden Welle drehen, mit beliebiger Genauigkeit ausgleichen.Each of the automatic balancers described below has an additional one Mass, the position of which he changes at every moment during the movement of the machine can. The devices naturally regulate their operation in such a way that they act as a whole of the masses, which rotate around the geometrical axis of the shaft carrying them, with any Compensate for accuracy.

Damit aber diese Ausgleicher wirken können, ist es unerläßlich, daß die Welle nicht gezwungen ist, sich um ihre geometrische Achse zu drehen, daß sie vielmehr wie ein Kreisel ihre ■ Drehungsachse sich selbst wählen kann.But so that these equalizers can work, it is essential that the wave is not forced is to rotate around its geometric axis, so that it is rather like a top ■ axis of rotation can choose itself.

Man kann dies dadurch erreichen, daß die Räderwelle durch biegsame Wellenstücke verlängert wird, welche in festen Lagerböcken ruhen. Die Räderwelle wählt sich eine Drehungsachse, die um so näher einer der duich den Schwerpunkt der sich drehenden Massen gehenden Hauptträgheitsachse liegt, je größer ihre Drehungsgeschwindigkeit gegenüber einer gewissen sogenannten kritischen Geschwindigkeit ist, und diese ist um so kleiner, je biegsamer die Wellenenden sind. ·This can be achieved by lengthening the wheel shaft with flexible shaft pieces which rest in fixed bearing blocks. The wheel shaft chooses an axis of rotation, the closer one of the duich the center of gravity of the rotating masses going main axis of inertia, the greater its speed of rotation compared to a a certain so-called critical speed, and the more flexible it is, the smaller it is the shaft ends are. ·

Dasselbe ist einfacher mit einer starren Welle zu erzielen, wenn man deren Lager in festen Ringen ohne Drehung bewegbar anordnet.The same thing is easier to achieve with a rigid shaft if you have its bearings in fixed ones Rings arranged movable without rotation.

Wenn sich die Welle nicht mehr um ihre Achse dreht, so bewegen sich die Lager wie Exzenterringe. Der zwischen ihnen und den sie umgebenden Ringen vorhandene Spielraum muß so groß sein, daß die Lager sich frei bewegen können.When the shaft no longer rotates around its axis, the bearings move like Eccentric rings. The space between them and the rings around them must be large enough for the bearings to move freely.

Die Lagerungsteile der Welle haben die Lager zu verschieben und die auftretenden Trägheitskräfte zu überwinden. Es wird aber ein Leichtes sein, den Lagern nur eine gegenüber den sich drehenden Massen sehr geringe Masse zu geben; die erforderlichen Kräfte sind selbst sehr gering im Vergleich zu jenen, welche die Lagerungsteile der Welle übertragen müßten, wenn diese Massen gezwungen wären, sich um die geometrische Achse der Welle zu drehen.The bearing parts of the shaft have to move the bearings and the occurring To overcome inertial forces. But it will be easy, just opposite the camps to give the rotating masses very little mass; the necessary forces are themselves very small compared to those that transmit the bearing parts of the shaft would have to if these masses were forced to rotate around the geometrical axis of the shaft.

Die Welle kann praktisch nur freigemacht werden, wenn die sich drehenden Massen schonThe shaft can practically only be cleared if the rotating masses have already been released

sehr gut ausgeglichen sind. Der Nutzen, den man dabei hat, scheint illusorisch zu sein; aber der erwähnte Umstand gestattet, die im folgenden beschriebenen selbsttätigen Ausgleieher anzuwenden, welche den Gegenstand der vorliegenden Erfindung bilden. Jeder von ihnen besitzt, wie Fig. ι zeigt, einen zur geometrischen Achse x-y der Welle konzentrischen kreisförmigen Kanal H. Dieser bildet z.B.are very well balanced. The benefit one gets from it seems illusory; but the fact mentioned makes it possible to use the automatic balancers described below, which form the subject of the present invention. Each of them has, as FIG. 1 shows, a circular channel H concentric to the geometric axis xy of the shaft. This forms, for example

ίο eine Ausnehmung in einem Ringe I, welcher heiß auf die Felge eines auf der Welle aufgekeilten kleinen Schwungrades / aufgebracht wird. In diesen Kanal wird durch Löcher K, welche nachher wieder verschlossen werden, eine gewisse Menge Quecksilber eingeführt, ohne daß der Kanal vollständig gefüllt wird. Jede Räderwelle ist wenigstens mit zwei Ausgleichern zu versehen. Das Quecksilber bildet eine zusätzliche Masse. Es wird ersichtlich sein, daß diese, wenn die Welle sich ihre Drehungsachse selbst wählen kann — was eine wesentliche Bedeutung ist —, stets streben, die Hauptträgheitsachse der sich drehenden Massen der geometrischen Achse der Welle zu nähern.ίο a recess in a ring I, which is applied hot to the rim of a small flywheel / wedged onto the shaft. A certain amount of mercury is introduced into this channel through holes K, which are subsequently closed again, without the channel being completely filled. Each wheel shaft must be provided with at least two equalizers. The mercury forms an additional mass. It will be seen that when the shaft can choose its own axis of rotation - which is essential - they always strive to approximate the principal axis of inertia of the rotating masses to the geometrical axis of the shaft.

Fig. 2 ist in der zur Achse x-y eines Ausgleichers senkrechten normalen Ebene gezeichnet. Fig. 2 is drawn in the normal plane perpendicular to the axis xy of an equalizer.

In der Zeichnung sind die Punkte 0, L und G die Spuren der geometrischen Achse x-y der Welle, der wirklichen Drehungsachse und der durch den Schwerpunkt der sich drehenden Massen gehenden, der Achse x-y am nächsten benachbarten Hauptträgheitsachse derselben ausschließlich des Quecksilbers. Zur Vereinfachung der Erklärung sei angenommen, daß diese drei Achsen parallel sind.In the drawing, points 0, L and G are the traces of the geometrical axis xy of the shaft, the real axis of rotation and the main axis of inertia of the same, excluding mercury, passing through the center of gravity of the rotating masses and closest to the axis xy. To simplify the explanation, assume that these three axes are parallel.

Wenn die Welle frei ist, so liegt der Punkt L (Fig. 2) zwischen den Punkten O und G. Wenn das Quecksilber die Drehungsgeschwindigkeit der Welle angenommen hat, so ist seine freie Oberfläche eine Niveaufläche und strebt, die Gestalt eines um die wirkliche Drehungsachse erzeugten Kreiszylinders anzunehmen. Die Spur der freien Oberfläche des Quecksilbers ist in Fig. 5 durch eine Kreislinie M mit dem Punkt L als Mittelpunkt angedeutet. Die Quecksilbermasse wird anderseits begrenzt durch die äußere Wand des Kanals H, H, dessen Spur in Fig. 3 eine Kreislinie P mit O als Mittelpunkt ist.When the shaft is free, the point L (Fig. 2) lies between the points O and G. When the mercury has assumed the speed of rotation of the shaft, its free surface is a level surface and tends to be in the shape of one around the real axis of rotation to assume generated circular cylinder. The trace of the free surface of the mercury is indicated in FIG. 5 by a circular line M with the point L as the center. The mercury mass is on the other hand limited by the outer wall of the channel H, H, the track of which in FIG. 3 is a circular line P with O as the center.

Diese Quecksilbermasse wird in bezug auf den Punkt L aus dem Gleichgewicht gebracht. Ihr Schwerpunkt liegt dann auf der Verlängerung der Geraden G, 0, und zwar in bezug auf den Punkt G auf der anderen Seite des Punktes O. Sie wird also bestrebt sein, die Spur der Hauptträgheitsachse der Gesamtheit der sich drehenden Massen dem Punkt 0 in Fig. 2 zu nähern. Diese Spur wird nahe an den Punkt L kommen, wenn die der Wanderung des Punktes A entgegenwirkenden Dämpfungskräfte im Vergleich mit den Trägheitskräften gering sind.This mass of mercury is unbalanced with respect to point L. Its focus is then on the extension of the straight line G, 0, in relation to point G on the other side of point O. It will therefore endeavor to trace the main axis of inertia of the totality of the rotating masses to point 0 in Fig 2. Approach. This trace will come close to point L when the damping forces counteracting the migration of point A are small in comparison with the inertial forces.

Da der kreisförmige Kanal eines Ausgleichers von sehr geringer Tiefe sein kann, so kann man eine große Anzahl von Kanälen konzentrisch zur geometrischen Achse der Welle übereinander anordnen. Dies gelingt z. B., wenn Metallringe, wie sie Fig. 3 bei P, I² usw. darstellt, heiß aufeinander aufgebracht werden. In diese verschiedenen Kanäle wird durch Löcher, die nachher wieder verschlossen werden, Quecksilber eingeführt. Auf diese Art werden Ausgleicher von hohem Wirkungsgrad gewonnen, die dennoch sehr leicht sind und wenig Raum beanspruchen.Since the circular channel of an equalizer can be very shallow, a large number of channels can be arranged one above the other concentrically to the geometrical axis of the shaft. This succeeds z. B. when metal rings, as shown in Fig. 3 at P, I ² , etc., are applied hot to one another. Mercury is introduced into these various channels through holes which are subsequently closed again. In this way, equalizers of high efficiency are obtained, which are nevertheless very light and take up little space.

Es sei nochmals daran erinnert, daß diese Vorrichtungen nur wirken können, wenn die sie tragende Welle ihre Drehungsachse sich frei wählen kann. Die Theorie setzt nämlich voraus, daß der Punkt L der Fig. 2 zwischen den Punkten O, G liegt. Dies ist natürlich der Fall, wenn die Welle frei ist oder wenn sie, von biegsamen Wellenenden getragen, eine Drehungsgeschwindigkeit hat, welche über der kritischen Geschwindigkeit liegt. Wenn dagegen die durch den Punkt L gehende Drehungsachse fest wäre, so befände sich der Punkt G gegenüber dem Punkt L auf derselben Seite wie der Punkt O und weiter davon entfernt, go Die Wirkung der Exzentration der Quecksilbermassen würde sich zu jener der Exzentration des Punktes G addieren statt sich davon abzuziehen, und das Übel wäre verschlimmert statt verbessert.It should be remembered again that these devices can only work if the shaft carrying them can freely choose its axis of rotation. The theory assumes that point L in FIG. 2 lies between points O, G. This is of course the case when the shaft is free or when it, supported by flexible shaft ends, has a speed of rotation which is above the critical speed. Conversely, if the line passing through the point L axis of rotation would be established, then the point G befände opposite the point L on the same side as the point O and further away, go The effect of Exzentration of mercury compounds would be that of Exzentration the point G add instead of subtracting from it, and the evil would be exacerbated rather than improved.

Die beschriebene Ausführungsform des Ausgleichers bildet nur ein Beispiel. Es ist jede Einrichtung brauchbar, welche die Anordnung von kreisförmigen, vollständig geschlossenen Kanälen gestattet. Im besonderen wird man Vorrichtungen mit dünnen Stahlrohren machen können, welche gleich den Rohren der Manometer von Bourdon sehr flach sind, und die man, nachdem die gewünschte Quecksilbermasse eingeführt ist, durch eine autogene Lötung oder Schweißung in sich selbst schließt. Man kann das Quecksilber vollkommen ersetzen durch Stahlkugeln passender Größe oder durch irgendwelche metallischen Feilspäne. The described embodiment of the equalizer is only an example. It is any Device useful, showing the arrangement of circular, fully enclosed Channels allowed. In particular, devices will be made with thin steel tubes which, like the tubes of Bourdon pressure gauges, are very flat, and which after the desired mass of mercury has been introduced, through an autogenous Solder or weld closes in on itself. One can completely replace the mercury with steel balls of the appropriate size or with any metallic filings.

Wenn eine Welle ,mehrere Räder zu tragen hat, wie dies z.B. bei R¹, i?² usw. in Fig. 4 dargestellt ist, so hat man sie folgerichtig mit ebenso vielen Ausgleichern S¹, S² usw. auszustatten, wie Räder vorhanden sind, indem man jedem Rad einen Ausgleicher zuordnet.If a shaft has to carry several wheels, as is the case with R ¹ , i? ² etc. is shown in Fig. 4, then you have to ^{equip it with as many equalizers S 1} , S ² , etc., as there are wheels, by assigning an equalizer to each wheel.

Es ist zweckmäßig, die Vorrichtung möglichst groß im Durchmesser auszubilden, z. B., wie Fig. 5 zeigt, bei einer Dampfturbine an jedem Rade in der Nähe des Ursprungs der'120 Schaufeln b flache Rohre t anzuordnen, die teilweise mit Quecksilber gefüllt sind. DieIt is useful to make the device as large as possible in diameter, for. B., as Fig. 5 shows, to arrange flat tubes t which are partially filled with mercury on each wheel in the vicinity of the origin of the '120 blades b in a steam turbine. the

angegebene Befestigungsart kann unendlich viele Änderungen erfahren.specified type of fastening can experience an infinite number of changes.

Da die einer mangelhaften Entlastung der Räder zuzuschreibenden Kraftäußerungen nicht mehr durch die Welle übertragen zu werden brauchen, so kann man sehr kräftige Ausgleicher benutzen, ohne ein Ermüden der Welle befürchten zu müssen.Since the forces that can be attributed to insufficient relief of the wheels are not need more to be transmitted through the wave, so you can have very powerful equalizers without worrying about the shaft becoming fatigued.

Auf diese Art kann nicht nur mangelndeIn this way can not only be lacking

ίο Entlastung behoben werden, die eine Folge der Bauart ist, sondern es können auch zufällig entstehende Fehler ausgeglichen werden, wie z. B. eine Unordnung an den Schaufeln der Turbinen. Die Lagerungsteile und die Lager werden dann niemals einer starken Rückwirkung unterworfen. Dies wird aber nicht immer möglich sein; denn es kann der Fall eintreten, daß nicht genügend Platz zur Anordnung der Ausgleicher vorhanden ist. Man kann sich dann, wie Fig. 6 zeigt, damit begnügen, zwei solcher Vorrichtungen an den beiden Enden der Welle vorzusehen.ίο Discharge to be resolved, which is a consequence the design, but random errors can also be compensated for, such as B. a mess on the blades of the turbines. The bearing parts and the bearings are then never subjected to a strong reaction. But this will not always be possible; because it can be the case occur that there is not enough space to arrange the equalizers. Man can then, as FIG. 6 shows, be satisfied with two such devices on the to be provided at both ends of the shaft.

Wenn man sie, um die Folgen eines Zufalls abzuwenden, stark genug ausführt, so könnte die Welle z. B. einer bedeutenden, in ihrer Mitte angreifenden Kraft f¹ sowie entgegengesetzt dazu wirkenden Kräften /",', /V zu widerstehen haben; sie liefe Gefahr, sich zu verbiegen.If it is carried out strongly enough to avert the consequences of a coincidence, the wave could e.g. B. have to withstand a significant force f ¹ acting in their midst as well as opposing forces / ", ', / V; they run the risk of bending.

In diesem Falle kann man sich nicht Vorrichtungen bedienen, die wirksam genug sind, um bei Unfällen ein Springen der Welle, genügend zu begrenzen; vielmehr wird dann die Begrenzung mittels zweier Schwungringe T¹, T² (Fig. 6) bewirkt oder mittels einer größeren Anzahl solcher Ringe, die längs der Welle verteilt sind. Bei einem Unfälle läuft diese Welle auf diesen Ringen, bis die Maschine angehalten wird, ohne daß also ein Schaden entsteht. In this case one cannot use devices which are effective enough to sufficiently limit the wave jumping in the event of an accident; rather, the limitation is then effected by means of two flywheels T ¹ , T ² (FIG. 6) or by means of a larger number of such rings which are distributed along the shaft. In the event of an accident, this shaft runs on these rings until the machine is stopped without causing any damage.

Die beschriebene Vorrichtung kann an jeder mit Rädern oder anderen Massen versehenen Welle angebracht ,werden, wenn mangelnde Entlastung der sich drehenden Massen eine Veranlassung dazu gibt, die Welle mit größeren Lagerungsteilen auszustatten, als erforderlich ist. Sie gestattet namentlich, Turbinen und Rotationskompressoren für sehr hohe Geschwindigkeiten herzustellen.The device described can be provided with wheels or other masses on each Shaft attached, if insufficient relief of the rotating masses a There is reason to equip the shaft with larger bearing parts than necessary is. In particular, it allows turbines and rotary compressors for very high speeds to manufacture.

Bei Dynamomaschinen gestatten diese großen Geschwindigkeiten, in wirtschaftlicher Weise Wechselstrommaschinen von der Gleichpoltj'pe mit fester, eisenloser Wicklung zu bauen, wo der Induktor durch eine gleichfalls fest angeordnete Mittelspule erregt wird und wo man nur eine Eisenmasse in Drehung zu versetzen hat. Die Abwesenheit dieses Metalles in der Wicklung schützt vor den Anziehungsunterschieden, welche in den gewöhnlichen Maschinen auftreten und die Welle anzuheben oder zu unterstützen streben. Man kann also dieser die ganze erforderliche Bewegungsfreiheit lassen.In dynamo machines, these allow high speeds in an economical manner To build alternating current machines of the homopolar type with fixed, ironless windings, where the inductor is excited by a likewise fixed center coil and where one only has to put a mass of iron in rotation. The absence of this metal in the Winding protects against the differences in attraction that occur in ordinary machines appear and strive to lift or support the wave. So you can do this with all the necessary freedom of movement permit.

Die große Frequenz, welche mit diesen Maschinen erzielt wird, erweist sich, wenn eine Umformung der Ströme erfolgt, nicht als nachteilig. Die Abwesenheit des Eisens in der Wicklung verhütet die Hysterisisverluste. Man ordnet A'entile von Cooper Hewitt an, statische Apparate, die imstande sind, Wechselströme höchster Frequenz und sehr hoher Spannung umzuformen. Die Anwendung eines Kollektors ist also nicht erforderlich.The great frequency that is achieved with these machines proves itself when a Conversion of the currents takes place, not considered disadvantageous. The absence of iron in the winding prevents the hysterical losses. One arranges Cooper Hewitt valves, static ones Apparatus that are capable of handling alternating currents of the highest frequency and very high voltage to reshape. The use of a collector is therefore not necessary.

Claims

Patent claim:

Compensating device for freely going through one of their centers of gravity Masses revolving around the main axes of inertia, especially for those with high speed, characterized by at least two ring-shaped, concentric with respect to the geometric axis of the rotating mass, partly with a liquid substance of preferably very high density filled, juxtaposed compensation channels in the mass.

1 sheet of drawings.